Комбінований двигун внутрішнього згоряння

Реферат: Комбінований двигун внутрішнього згоряння містить поршневу частину з випускним колектором, сполученим з силовою турбіною, зв'язаною з колінчатим валом через редуктор, каскадний обмінник тиску, який містить ротор, патрубок для підведення повітря з продувальним вентилятором, патрубок для відведення газів низького тиску. Ротор каскадного обмінника тиску оснащений датчиком частоти обертання, сполученим з блоком керування, з яким також сполучений датчик температури, розміщений у патрубку для відведення газів низького тиску. Ротор і продувальний вентилятор оснащені електромуфтами і підключені до редуктора. UA 87623 U (12) UA 87623 U UA 87623 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до енергетичного машинобудування, зокрема до комбінованих двигунів внутрішнього згоряння (КДВЗ). Відомо комбінований двигун внутрішнього згоряння, що містить поршневі циліндри з індивідуальними впускними і випускними колекторами, підключеними до хвильового обмінника тиску відповідно магістраллю для відведення стисненого повітря і для підведення стискаючого середовища. (Крайнюк О.І., Сторчеус Ю.В. Системи газодинамічного наддування. Монографія. Луганськ: Вид-во. СНУ, 2000. - 224 с.). До суттєвих недоліків хвильових обмінників тиску належить чутливість до опору трактів низького тиску. Погіршення умов продування комірок ротору свіжим зарядом у свою чергу супроводжується зниженням ККД обмінника і комбінованого двигуна в цілому аж до втрати працездатності останнього. За прототип вибрано комбінований двигун внутрішнього згоряння, що містить поршневу частину з випускним і впускним колекторами, підключеними до каскадного обмінника тиску (КОТ) відповідно магістраллю для підведення стискаючого середовища і магістраллю для відведення стисненого повітря, оснащеною компресором, що приводиться від колінчатого вала двигуна, у нагнітальному тракті якого розміщений холодильник надувного повітря, випускний колектор також сполучено з силовою турбіною, зв'язаною з колінчатим валом через редуктор. Очищення ротору каскадного обмінника від газів, що розширилися, здійснюється за допомогою продувального вентилятора, встановленого в патрубку для підведення повітря (див. Крайнюк О.І. Розвиток систем наддування двигунів внутрішнього згоряння з каскадним обмінником тиску// Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля, Луганськ, Вид-во СНУ ім. В. Даля. - 2010.- № 10(152). 4.1. - С. 94-103). Основним недоліком відомого пристрою є нераціональні витрати енергії на привод ротору і продувального вентилятора, викликані застосуванням постійного приводу відзначених пристроїв від двох різних електродвигунів. Крім того, відносно невисокий ККД відомого пристрою зв'язаний з використанням для живлення електродвигунів електричної енергії, що вивільняється генератором самої енергетичної установки, одержання якої зв'язано зі значними втратами при трансформації механічної енергії колінчатого вала двигуна у електричну енергію у генераторі. В основу корисної моделі поставлена задача зниження витрат енергії на привод продувального вентилятора і ротору КОТ шляхом здійснення їхнього комбінованого приводу від силової турбіни і колінчатого вала за допомогою редуктора, при цьому необхідність того або іншого приводу будуть визначати датчики частоти обертання ротора КОТ і температури у патрубку для відведення газів низького тиску, сполучені з блоком керування, що впливає на електромагнітні муфти відзначених пристроїв, що дозволить здійснити автономний привод всіх елементів КДВЗ і підвищити його ККД. Поставлена задача вирішується тим, що у комбінованому двигуні внутрішнього згоряння, що містить поршневу частину з випускним колектором, сполученим з силовою турбіною, зв'язаною з колінчатим валом через редуктор, каскадний обмінник тиску, що містить ротор, патрубок для підведення повітря з продувним вентилятором, патрубок для відведення газів низького тиску, відповідно до корисної моделі, ротор КОТ оснащений датчиком частоти обертання, сполученим з блоком керування, з яким також сполучений датчик температури, розміщений у патрубку для відведення газів низького тиску, ротор КОТ і продувний вентилятор підключені до редуктора за допомогою електромуфт, сполучених з блоком керування. Оснащення ротора КОТ датчиком частоти обертання, сполученим з блоком керування дозволить контролювати частоту обертання ротора і регулювати її залежно від режиму роботи КДВЗ з метою зниження нераціональних витрат механічної енергії на його привод. Підключення ротора КОТ і продувального вентилятора до редуктора за допомогою електромуфт, сполучених з блоком керування, дозволить здійснити їхній привод від колінчатого вала на холостому ходу і часткових режимах КДВЗ або від силової турбіни на режимах близьких до номінального, а надлишки потужності силової турбіни використовувати для одержання додаткової потужності КДВЗ. Розміщенням у патрубку для відведення газів низького тиску датчика температури, зв'язаного з блоком керування, що впливає на електромуфту продувального вентилятора досягається якісне продування ротору КОТ з мінімальними витратами енергії на його привод. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображено комбінований двигун внутрішнього згоряння. Комбінований двигун внутрішнього згоряння містить каскадний обмінник тиску 1, що складається з ротора 2 з комірок 3 і корпуса 4 з магістралями для підведення стискаючого середовища 5, для відведення стисненого повітря 6, з патрубками для підведення 7 повітря, 1 UA 87623 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 оснащеного продувальним вентилятором 8, і для відведення 9 газів низького тиску, а також поршневу частину 10, що містить випускний колектор 11, сполучений одночасно з магістраллю 5 для підведення стискаючого середовища і з силовою турбіною 12, зв'язаною з колінчатим валом 13 через редуктор 14, впускний колектор 15, підключений до магістралі 6 для відведення стисненого повітря, яка оснащена, приведеним від колінчатого вала 13 двигуна 10, компресором 16, у нагнітальному тракті 17 якого розміщений холодильник 18 надувного повітря. Ротор 2 КОТ 1 оснащений датчиком 19 частоти обертання, сполученим з блоком керування 20, з яким також сполучений датчик температури 21, розміщений у патрубку 9 для відведення газів низького тиску. Ротор 2 КОТ 1 і продувальний вентилятор 8 підключені до редуктора 14 за допомогою електромуфт 22, 23, сполучених з блоком керування 20. Комбінований двигун внутрішнього згоряння працює наступним чином. При роботі КДВЗ атмосферне повітря нагнітається продувальним вентилятором 8 в комірки 3 ротора 2 через патрубок 7 для підведення повітря, де в результаті робочого процесу КОТ 1 здійснюється його стиск відпрацьованими газами поршневої частини 10 двигуна, які підводяться в комірки З ротора 2 крізь магістраль для підведення стискаючого середовища 5. Віддавши значну частину потенційної енергії, відпрацьовані гази через патрубок 9 для відведення стискаючого середовища відводяться у атмосферу, а стиснене повітря надходить через магістраль 6 для відведення стисненого повітря до компресора 16, що приводиться від колінчатого вала 13, де додатково стискується і далі після охолодження у холодильнику 18, встановленому у нагнітальному тракті 17, надходить у впускний колектор 15 для наддування поршневої частини 10. Таким чином, створюється необхідний для продування циліндрів перепад тисків між впускним колектором 15 і випускним колектором 11. Частина відпрацьованих газів з циліндрів через випускний колектор 11 відводиться у магістраль для підведення стискаючого середовища 5 і використовуються як стискаючий газ у робочому циклі КОТ 1. Оскільки робочий цикл КОТ 1 заснований на перевищення об'ємного балансу стисливого і стискаючого середовищ, то при температурі відпрацьованих газів на режимі повного навантаження двигуна рівної 750…800 К масова витрата повітря, що нагнітається КОТ 1 принаймні у два рази перевищує витрату стискаючого газу. Надлишкова частина відпрацьованих газів поршневої частини 10 двигуна щодо витрати, необхідного для стиску наддувного повітря у КОТ 1 корисно використовується у силовій турбіні 12 для одержання додаткової потужності КДВЗ, частина з якої відводиться редуктором 14 для привода ротора 2 КОТ 1 і продувального вентилятора 8. Регулювання потужності на привод продувального вентилятора 8 при зміні режиму роботи двигуна здійснюється включенням-відключенням електоромуфти 23 по сигналу блоку керування 20 залежно від температури обумовленої датчиком температури 21. Зниження витрат потужності на привод ротора 2 при зміні режиму роботи двигуна здійснюється включеннямвідключенням електромуфти 22 по сигналу блоку керування 20, при цьому частота обертання ротора контролюється датчиком 19. На режимах холостого ходу механічна енергія для привода продувального вентилятора 8 і ротора 2 відводиться від колінчатого вала 13 за допомогою редуктора 14. Використання потужності силової турбіни 12 для привода продувального вентилятора 8 і ротора 2 дозволить здійснити автономний привод всіх елементів КДВЗ, а регулювання витрат потужності на привод пристроїв 8 і 2 забезпечує підвищення ККД КДВЗ. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Комбінований двигун внутрішнього згоряння, що містить поршневу частину з випускним колектором, сполученим з силовою турбіною, зв'язаною з колінчатим валом через редуктор, каскадний обмінник тиску, який містить ротор, патрубок для підведення повітря з продувальним вентилятором, патрубок для відведення газів низького тиску, який відрізняється тим, що ротор каскадного обмінника тиску оснащений датчиком частоти обертання, сполученим з блоком керування, з яким також сполучений датчик температури, розміщений у патрубку для відведення газів низького тиску, ротор і продувальний вентилятор оснащені електромуфтами і підключені до редуктора. 2 UA 87623 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3